mRNA研究繼新冠疫苗一戰成名后再獲諾獎考里科解決的難題是啥？

北京時間昨天17時45分許，2023年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉。

據瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡學院消息，本年度諾貝爾生理學或醫學獎授予匈牙利-美國生物學家卡塔琳·考里科（Katalin Karikó）和美國科學家德魯·韋斯曼（Drew Weissman），以表彰他們在mRNA疫苗技術方面作出的貢獻。因他們在核苷酸堿基修飾方面的重要發現，人類得以用前所未有的速度快速開發出抗擊新冠病毒的mRNA疫苗。兩位科學家將分享1100萬瑞典克朗獎金（約合732萬元人民幣），獎金數額相比去年增加了100萬瑞典克朗。

如何看待mRNA疫苗的科學成就？為什么它可以在抗擊新冠中“一戰成名”？這一創新技術路線還能為人類健康帶來什么？昨天，諾貝爾生理學或醫學獎公布后，記者就這些公眾關心的熱點問題采訪了相關領域專家。

因突破性發現，兩位科學家被譽為“新冠功臣”

對科學界來說，今年諾貝爾生理學或醫學獎的結果并非“非常意外”。2021年，考里科和韋斯曼就榮獲了拉斯克臨床醫學研究獎，而該獎歷來有“諾獎風向標”之稱。公開資料顯示，兩人的研究工作為多家知名醫藥企業的mRNA疫苗研制奠定了基礎。

相比其他疫苗研發技術路線，mRNA研究到底有何過人之處？上海合成免疫工程技術研究中心主任、復旦大學基礎醫學院教授應天雷告訴記者，傳統的疫苗研發路線以病毒、蛋白質為基礎，工藝較為復雜，比如制備滅活病毒疫苗，需要首先培養病毒，而后經歷更多較為復雜的技術步驟。相比之下，通過mRNA技術路線研發疫苗，可直接遞送核酸，將原本可能需要幾個月的研發周期一下子縮短到幾周。簡言之，通過mRNA技術研發疫苗，就是一個字——“快”！而這一點，在應對、控制突發大規模人群傳染病時是非常重要的。

也因此，兩位科學家被譽為“新冠功臣”。簡單說，他們發明了降低mRNA免疫原性的方法。他們開發的新平臺使用經過核苷修飾可逃脫免疫系統的mRNA，克服了合成mRNA會被先天性免疫系統辨識而引發嚴重發炎反應的問題，并借由脂質納米顆粒的包裹保護，將mRNA有效送入人體細胞，由其自行產生病毒的棘蛋白，進而誘發B細胞產生中和抗體、訓練T細胞攻擊受感染的細胞等一系列適應性免疫反應。

用于多種疾病防治，科學界對mRNA期待更多

那么，隨著全球逐漸走出新冠疫情，是否意味著mRNA研究將就此打住？并非如此！多名科研人員昨天接受采訪時表示，mRNA研究熱有望進一步開啟。

有研究人員稱，mRNA技術路線的意義就在于，作為一種儲備研究技術，它有助于幫助人類在面對突發傳染病時快速制備出相應的疫苗。不止于傳染病領域，有觀點認為：“這些技術不僅徹底改變了疫苗學，更是蛋白質療法的典范轉移，未來還可應用在其他病毒疫苗、個人化精準癌癥治療、人類免疫缺陷，甚至罕見病等疾病領域。”

在全球，這一研究領域當屬時下熱門。“除了新冠，流感、艾滋、腫瘤等疾病領域，也試圖利用這個技術路線開發相關預防性的疫苗，以及治療用的創新藥物。”應天雷告訴記者，在復旦大學上海醫學院，已有不少科研人員投入mRNA方向的研究。

就在今年9月，上海交通大學藥學院教授章雪晴團隊也相繼報道了有關mRNA的兩項研究工作。深耕靶向mRNA遞送系統研究逾10年，章雪晴告訴記者，與當前mRNA技術研究領域的火熱不同，她入行之初，整個mRNA研究領域尚處于“冷板凳”時期，一度不被看好。“因此，當得知為mRNA疫苗快速研發奠定基礎的兩位科學家斬獲今年的諾貝爾生理學或醫學獎時，我們作為相關領域的研究者也倍感振奮。”據章雪晴介紹，眼下，以mRNA為代表的核酸生物技術在更廣泛的疾病治療領域被寄予厚望。不過，核酸藥物作為一種外源藥物，其進入人體內發揮作用還需要克服多重阻礙，包括不穩定性、免疫原性、靶向效率差、內涵體/溶酶體逃逸難、轉染效率低等，這些也是該領域的研發核心。

復印機旁的友誼，成就“冷板凳”迎來聚光燈的傳奇

今年的諾貝爾生理學或醫學獎背后也包裹著一個勵志的故事，兩位獲獎者的科研人生被反復提及。尤其是考里科，她對mRNA進行了持續40年左右的研究，曾一度被科學界認為是“走在一個無聊的死胡同里”。

考里科1955年出生在匈牙利的東部小鎮，1972年考入塞格德大學，這是匈牙利最著名的大學之一。1985年，她與丈夫及2歲的女兒從匈牙利搬到美國。然而，等待她的是一條無比坎坷的學術道路。1990年，考里科第一次為mRNA項目申請科研經費，結果被拒。1995年，由于她接連申請不到科研基金，賓夕法尼亞大學醫學院要將她“掃地出門”。與此同時，她還被診斷出患有癌癥。最后，她不得不接受賓夕法尼亞大學對她降職、降薪的要求，這才得以留任。

直到1997年，考里科在賓夕法尼亞大學醫學院的公共復印機旁，遇到了剛加入醫學院的新教員、38歲的韋斯曼。韋斯曼1959年出生在美國，他的大部分研究經歷投入傳染性疾病領域，尤其對艾滋和流感這兩種傳染病感興趣。兩人開始攀談并介紹自己的研究，復印機旁的友誼成就了一段佳話：彼此成為對方最重要的科研伙伴。兩人由此開啟的合作之路，將考里科又一次從困境中解救出來。因為，如果沒有科研經費以及實驗室的接納，考里科可能再次面臨“掃地出門”的危機。2005年，兩位科學家發現通過修改RNA基因序列中的單個堿基，可以讓其不會產生炎癥，這一重要成果發表在知名學術期刊《免疫學》上，對推動mRNA應用產生了里程碑意義。

然而，此后的很長一段時間里，兩人依然籍籍無名。直到2020年初，新冠疫情在全球暴發，mRNA疫苗橫空出世，這對科研伙伴也從幕后走向臺前，“冷板凳”迎來聚光燈。

“到底哪些研究是重要的，我們沒辦法由當下的結果來推導。科學世界固然充滿著偶然、意外，但專注科學探索的過程、追逐好奇心的興趣、孜孜以求的投入等科學精神，始終令人敬佩，值得學習。”一名科研人員談及本年度諾獎首個揭曉獎項時，這樣對記者說。

mRNA 技術突破了人類免疫系統對外來核酸的識別和消除

長期以來，mRNA 作為疫苗的研究，因為受到分子的不穩定性、免疫刺激不足和mRNA 遞送時的低表達水平的阻礙而進展緩慢。幸好科學家們沒有因此放棄，經過20多年的時間，將上述難題逐一攻克了。

對于mRNA分子的不穩定性，這個問題是最早被搞定的。科學家們認識到，RNA之所以不穩定，是因為我們的環境中存在大量可以分解RNA的酶RNase，只要防止接觸RNase，或者通過試劑消除容器中的RNase，RNA 反而是一種相對穩定的物質。并且可以以凍干形式在環境溫度下長期儲存，極大地促進了分配和儲存 。

第二個難題是不能產生足夠的免疫反應，這個問題是最致命的，如果解決不好，mRNA疫苗的研發就會前功盡棄。

科學家們將最初在實驗室設計合成得到的mRNA疫苗進行動物實驗時，發現這些mRNA在小鼠身上不能產生任何設想中的免疫反應，也就是說疫苗沒有發揮作用。這是什么原因呢？經過反復深入的研究，科學家們才發現原來小鼠免疫系統將mRNA當做了外來物，直接發起免疫反應將mRNA給清理掉。這對于之前信心滿滿的科學家是當頭一棒。

來自匈牙利生物化學家賓夕法尼亞大學的卡塔林·卡里科（Katalin Karikó）致力于開發利用mRNA進行治療的方法。她與免疫學家德魯·維斯曼（Drew Weissman）就這個難題開展了卓有成效的合作，找到mRNA的“致命弱點”。并通過mRNA修飾技術，成功解決了這一難題。

他們發現哺乳動物細胞RNA中的堿基經常被化學修飾，而在試管內轉錄的mRNA不是。他們想知道是否缺乏改變的堿基在試管內轉錄的RNA可以解釋不必要的炎癥反應。為了研究這一點，他們產生了不同的mRNA變體，每種變體的堿基都有獨特的化學變化，然后將它們傳遞給樹突細胞。結果是驚人的：當mRNA中包含堿基修飾時，炎癥反應幾乎消失。

他們證明，mRNA之所以能引起宿主的免疫反應，關鍵在于一種叫做尿嘧啶的核苷酸。如果能修改其核苷部分，創造一個假尿嘧啶代替原來成分，就能大大降低樹突狀細胞識別出該mRNA的可能性，從而躲避免疫應答。這是我們對細胞如何識別不同形式的mRNA并對其做出反應的理解的范式轉變。卡里科和維斯曼立即意識到他們的發現對使用mRNA作為治療手段具有深遠的意義。

他們的研究發表于2005年，比新冠疫苗的研發足足早了15年。這一難題的解決也就是卡里科和維斯曼此次榮獲諾貝爾生理學或醫學獎的原因。

卡里科和維斯曼通過mRNA修飾技術解決了mRNA被宿主固有免疫識別和清除的難題

此外，另一個難題也有待解決。理論上mRNA無所不能，但很難進入臨床研究，很大一個原因是mRNA進入人體非常低效，也就是缺乏一種有效的載體幫助mRNA進入細胞。2015年科學家將mRNA制成微小脂肪粒，稱為脂質納米顆粒（Lipid Nanoparticles, LNPs），以提高穩定性并使其更容易進入細胞，顯著改善了mRNA疫苗的信息傳遞效率。

LNP顯著改善了mRNA疫苗的傳遞效率

脂質納米顆粒具有較好的生物相容性和生物降解性。納米藥物最顯著的特性是高表面積體積比，這實現了高效的藥物包裝。封裝的藥物受到保護，免于降解和免疫清除，并且由于有效的藥物包裝，可以大大降低給藥劑量。當然，LNP還是有一定的反應原性，可能會造成接種者大概100萬分之幾的比例出現嚴重的過敏癥狀，技術上有進一步改進的空間。

至此，mRNA疫苗卡脖子的難題被逐一突破，全新的mRNA疫苗呼之欲出。